DE877034C

DE877034C - Ventilation for electrical machines, in which the cooling air enters on one side of the machine and flows through the machine essentially axially in parallel branches

Info

Publication number: DE877034C
Application number: DES3628D
Authority: DE
Inventors: Otto Meyer; Walter Dipl-Ing Schulze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1944-12-22
Filing date: 1944-12-22
Publication date: 1953-05-18

Description

Belüftung für elektrische Maschinen, bei der die Kühlluft auf der einen Maschinenseite eintritt und die Maschine im wesentlichen axial in parallelen Zweigen durchströmt Pür die Kühlung hoch ausgenutzter elektrischer Maschinen ist es bekannt, den Kühlluftstrom auf der einen Maschinenseite in das Innere der geschlossenen Maschine eintreten zu lassen. Die Kühlluft fließt dann durch die Maschine im wesentlichen in axialer Richtung, wobei sie zur Kühlung des Ständers und des Läufers in mehrere parallele Zweige aufgespalten wird. Eine derartige Anordnung hat nun den Nachteil., .daß die an sich intensive Kühlwirkung sich nicht gleichmäßig auf die Maschine- verteilt. Die Maschinenseite, an der die Kühlluft eintritt, wird sehr intensiv gekühlt, da die Temperatur der Kühlluft niedrig ist. Nach dem Durchströmen hat sich die Kühlluft jedoch, bereits erheblich erwärmt, so daß insbesondere die Wickelküpfo- auf der zweiten Maschinenseite nicht mehr so intensiv bzw. nicht mehr in ausreichendem Maße gekühlt werden. Dieser Nachteil läßt sich mitunter schwer vermeiden, .da man aus räumlichen Gründen gezwungen ist, die. Kühlluft der Maschine von der einen. Stirnseite aus zuzuführen. Man könnte zwar einen Teil der Kühlluft vor dem Eintritt in das Maschineninnere abzweigen und ihn außen um die Maschine herum auf die zweite Seite der Maschine führen, aber auch dieser Ausweg ist wegen Raummangel oft nicht durchführbar.Ventilation for electrical machines, in which the cooling air on the a machine side enters and the machine is substantially axially in parallel Branches flow through Pür the cooling of highly utilized electrical machines it is known that the cooling air flow on one side of the machine into the interior of the closed To let the machine enter. The cooling air then essentially flows through the machine in the axial direction, where they are used to cool the stator and the rotor in several splitting parallel branches. Such an arrangement now has the disadvantage., .that the inherently intensive cooling effect does not affect the machine evenly distributed. The machine side where the cooling air enters is cooled very intensively, because the temperature of the cooling air is low. After flowing through the cooling air has however, already warmed up considerably, so that in particular the winding heads on the second side of the machine no longer as intensive or no longer sufficient be cooled. This disadvantage can sometimes be difficult to avoid, because you get out spatial reasons is forced to the. Cooling air of the machine from one. Front side from feed. You could use some of the cooling air before it enters the Branch off the inside of the machine and turn it around the outside of the machine on the second side the machine, but this way out is often not feasible due to a lack of space.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Belüftung elektrischer Maschinen, die in der geschilderten Hinsicht einen wesentlichen Fortschritt mit sich bringt. Die Kühlluft tritt dabei wiederum auf einer-, M:schnenset ein und' durchströmt die Ma-. schine im wesentlichen axial in parallelen Zweigen. Erfindungsgemäß ist ein Kühlluftstrom durch Hohlräume der Läufernabe- auf . die zweite Maschinenseite geführt und dient dort zur Küh-Jung der Wickelköpfe der Maschine, und ferner ist dieser Kühlluftstrom beim Durchströmen -des' Läufers gegen die Zufuhr von Wärme aus dem Läufereisen abgeschirmt. Dadurch wird also erreicht, daß auch die zweite Seite der elektrischen Maschine (insbesondere die Wickelköpfe) mit Kühlluft beschickt wird, deren Temperatur sich noch nicht erhöht hat, so daß diese zweite Seite ebenso wirksam gekühlt werden kann: wie die Eintrittsseite für die Kühlluft. Man, kann die Abschirmung der durch die Läufernabe durchströmenden Kühlluft gegen die Aufnahme von Wärme aus dem Läufereisen in verschiedener Weise erreichen. Man kann beispielsweise zwischen dem Läufereisen und der Läufernabe , einen Isolierzylinder (z. B. :aus Hartpapier) einfügen, der den Übertritt von Wärme praktisch verhindert. Noch wirksamer erweist es sich aber, wenn man durch den Läufer der Maschine noch einen-zweiten-Kühlluftstrom in axialer Richtung führt, der durch Kanäle im Jochblech des, Läufers strömt und der so insbesondere den der Nabe zugekehrten Teil des Läufereisens derart stark abkühlt, daß eine wesentliche Erwärmung der durch die Läufernabe strömenden Kühlluft nicht mehr eintritt.The invention relates to an arrangement for ventilating electrical machines, which brings with it a substantial advance in the respect described. The cooling air occurs in turn one-, M: snow set and ' flows through the ma-. machine essentially axially in parallel branches. According to the invention is a flow of cooling air through cavities in the rotor hub. the second side of the machine out and serves there to Küh-Jung the winding heads of the machine, and further is this cooling air flow when flowing through the rotor against the supply of heat shielded from the armature. This means that the second Side of the electrical machine (especially the winding heads) charged with cooling air whose temperature has not yet risen, so this second page as well can be effectively cooled: like the inlet side for the cooling air. One can the shielding of the cooling air flowing through the rotor hub against the intake of heat from the runner iron in various ways. One can for example between the rotor iron and the rotor hub, an insulating cylinder (e.g. from Hard paper), which practically prevents the transfer of heat. Even more effective it turns out, however, when a second cooling air flow is passed through the rotor of the machine leads in the axial direction, which flows through channels in the yoke plate of the rotor and the part of the rotor iron facing the hub is so strong cools that a substantial heating of the cooling air flowing through the rotor hub no longer occurs.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele der Zeichnung näher erläutert. Fig. i der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt eines: gemäß,-der . Erfindung ausgebildeten Asynchronmotors, wobei der Läufer gemäß der Linie C-D der Fig. 3 geschnitten ist; Fig. 2 zeigt ein=en nöehmäligen Schnitt durch den Läufer der Fig. I,-jedoch-,gemäß der Linde E-F der Fig. 3; _ -Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Läufers der Fig. i gemäß der Linie A-B dieser Figur.The invention is based on two exemplary embodiments the drawing explained in more detail. Fig. I of the drawing shows a longitudinal section of a: according to the . Invention trained asynchronous motor, the rotor according to the Line C-D of Figure 3 is sectioned; Fig. 2 shows a = en necessary section through the runner of Fig. I, -but-, according to the linden tree E-F of Fig. 3; _ -Fig. 3 shows one Cross-section of the rotor of FIG. 1 along the line A-B of this figure.

Die verschiedenen Luftströmungen durch den Motor sind durch Pfeile angedeutet. Um die Zuordnung dieser Luftströmung sowohl innerhalb der Fig. i als auch zwischen Fg. i undden Fig. 2 und 3 besser verfolgen zu können; sind die Pfeile noch mit einem, zwei oder drei Punkten versehen, je, nachdem es sich um Luftströme I, II oder III händelt:-I@ Fi-g: i st-das Ständereisen des Asynchronmotors. -2 ist'das *aktive =Läuferese.n, das auf der täufern,abe 3 sitzt; die. ihrerseits auf der Maschinenwelle 4 befestigt ist. Die Kühlluft tritt nun durch die Öffnung 5' auf der rechten Seite der Maschine in das- Innere der geschlossenen Maschine - ein. Der Kühlluftstrom III .gelangt im wesentlichen über die Ständerwickelköpfe in einen zwischen dem Rücken des Ständereisens und dem Maschinengehäuse angeordneten Hohlraum 6 und kühlt auf diese Weise .den Rücken des Ständereisens. Auf-: der linken Maschinenseite entweicht dann dieser Kühlluftstrom durch. die _Öffnung 7 ins Freie.."= =Fn- -Teil" des - Kühllttftgtromes III strömt durch =den Luftspalt der -Maschine und tritt auf der linken Maschinenseite =lach dein Durcbsfrörnen der Ständerwickelköpfe wiederum durch die Öffnung 7 ins Freie. Die Kühlluftströme II und I dienen zur Kühlung des Läufers. Der Kühlluftstrom 1I strömt durch Kanäle i i im. Jochteil des. aktiven Läufereisens auf die zweite Maschinenseite. Hier schließen 'sich an diese Kanäle -des Läufereisens rohrartige Ansatzstücke 12 an. Durch diese Rohre gelangt dann :der Kühlluftstrom II in den durch den Maschinenschild 13 umschlossenen Raum und gelangt von hier aus durch die Öffnung 14 ins Freie, wobei vorher noch die Außenteile der Läuferwickelköpfe umspült werden.The various air flows through the engine are indicated by arrows. In order to be able to better follow the assignment of this air flow both within FIG. 1 and between FIG. 1 and FIGS. 2 and 3; the arrows are provided yet with one, two or three points, depending after it händelt to air currents I, II or III: -I @ Fi-g: i st-the stator of the asynchronous motor. -2 is the * active = runner-up that sits on the baptismal, abe 3; the. is in turn attached to the machine shaft 4. The cooling air now enters the interior of the closed machine through the opening 5 'on the right-hand side of the machine. The cooling air flow III. Arrives essentially via the stator winding heads into a cavity 6 arranged between the back of the stator iron and the machine housing and in this way cools the back of the stator iron. A UF: the left side of the machine then escapes through the cooling air flow. the opening 7 into the open .. "= = Fn- part" of the cooling air flow stream III flows through the air gap of the machine and enters the open air on the left side of the machine. The cooling air flows II and I serve to cool the rotor. The cooling air stream 1I flows through channels ii in the. Yoke part of the active armature on the second machine side. Here pipe-like extension pieces 12 adjoin these channels of the rotor iron. The following then passes through these pipes: the cooling air flow II into the space enclosed by the machine shield 13 and from here passes through the opening 14 into the open, with the outer parts of the rotor winding heads being washed around beforehand.

Der Kühlluftstrom I fließt unmittelbar durch die Hohlräume der Läufernabe 3 auf die linke Maschinenseite. Hier sind die Öffnungen der Läufernabe durch eine Stirnplatte $ abgeschlossen. Die Kühlluft muß daher, wie insbesondere aus Fig. 3 zu ersehen ist, durch die auf dem Manteltei19 der Läufernabe angebrachten Öffnungen.io hindurchtreten. Sie strömt dann durch Zwischenräume zwischen den Rohrstutzen i2 in radialer Richtung durch die Kanäle i7 der Fi.g. 2 und 3 nach außen und fließt dabei durch die LäuferwickelköPfe 15 und:danndurch die Ständerwickelköpfe 16 hindurch und kühlt diese wirksam. Schließlich- tritt der Kühlluftstrom I durch die Öffnung 7 nach außen. -Die Fig. 4 und 5 der Zeichnung zeigen die Kühlanordnung für einen hoch ausgenutzten Stromwendermotor, wobei die verschiedenen Luftströmungen in derselben Weise wie in den Fig. i bis 3 durch punktierte Pfeile angedeutet sind. Fig. 5 stellt dabei wiederum einen Ouerschnitt gemäß der Linie A-B des Längsschnittes der Fig. 4 dar.The cooling air flow I flows directly through the cavities in the rotor hub 3 to the left-hand side of the machine. Here the openings of the rotor hub are closed off by a face plate $. The cooling air must therefore, as can be seen in particular from FIG. 3, pass through the openings io provided on the casing part 19 of the rotor hub. It then flows through the spaces between the pipe sockets i2 in the radial direction through the channels i7 of FIG. 2 and 3 to the outside and flows through the rotor winding heads 1 5 and: then through the stator winding heads 1 6 and effectively cools them. Finally, the cooling air flow I passes through the opening 7 to the outside. 4 and 5 of the drawing show the cooling arrangement for a highly utilized commutator motor, the different air flows being indicated in the same way as in FIGS. I to 3 by dotted arrows. FIG. 5 again shows a cross-section along the line AB of the longitudinal section of FIG.

i ist wiederum das Ständereisen des Lokomotivmotors, 2 das aktive Läufereisen, das auf der Läufernabe 3 sitzt, die ihrerseits auf der Maschinenwelle 4, befestigt ist. 18 ist der Stromwend'erkörper im Schnitt; -i9 sind die aufgesetzten Bürsten bzw. die Halter für, die Bürsten. -2o-i5t der den Stromwender umgebende Luftraum, in dem sich auch die beiden Bürstenträgerringe 2i und 22 befinden. 23 ist ein kastenartiger Anbau an dem stromwenderseitigen Lagerschild 24.i is again the stator iron of the locomotive engine, 2 the active one Runner iron, which sits on the runner hub 3, which in turn is on the machine shaft 4, is attached. 18 is the commutator body in section; -i9 are the attached ones Brushes or the holder for, the brushes. -2o-i5t the one surrounding the commutator Air space in which the two brush carrier rings 2i and 22 are also located. 23 is a box-like attachment to the commutator-side bearing plate 24.

Wie -ersichtlich., -:besitzt der den Stromwender umgebende, an sich durch das Motorgehäuse abgeschlossene Raum 2o oben eine Öffnung 25, die sich an die, obere Öffriü@ng-26 -des kastenartigen Anbaues anschließt. -Durch beide Öffnungen treten nixn,` von einem nicht dargestellten Ventilator geliefert, drei Kühlluftströme ein. Der Kühllüftstrorn II strömt zunächst in annähernd' -radialer- Richtung zur Stromwendero@erfläche. Hier streicht er an -dem Strömwendev entlang und kühlt diesen sowie die Bürsten ig. Hierauf durchströmt er einen ringförmigen Spalt zwischen dem Bürstenträgerring 22 und den Arischlußfahnen *der Strämwen@derwieklizng und. bestreicht dann dieStänderwickelköpfe. Von dort gelängt die Kühlluft HI durch die Öffnungen 27 zu dem Rücken des- Ständereisens i. Unterhalb eines Führüngsbleches-28'fiießt darin,-die Kühlluft entlang den aktiven Blechen des Ständereisens und, entweicht durch die-Öftn.üng -g in den Raum oberhalb der dem Stromwender abgekehrten Wickelköpfe und schließlich durch die Öffnungen 30 ins Freie.As can be seen, the space 2o surrounding the commutator, which is closed off by the motor housing, has an opening 25 at the top, which adjoins the upper opening 26 of the box-like attachment. -Through both openings there are no three streams of cooling air, supplied by a fan (not shown). The cooling fan flow II initially flows in an approximately '-radial direction to the Stromwendero @ erfläche. Here he strokes the Strömwendev and cools it and the brushes. Then it flows through an annular gap between the brush carrier ring 22 and the Arischlußfahnen * the Strämwen @ derwieklizng and. then brushes the stator winding heads. From there, the cooling air HI passes through the openings 27 to the back of the stand iron i. Below a guide plate 28 'flows therein - the cooling air along the active plates of the stator iron and escapes through the opening into the space above the winding heads facing away from the commutator and finally through the openings 30 to the outside.

Die Kühlluftströme II und I treten durch die Öffnung-a6 in den 'kastenartigen Anbau z3 und gelangen von dort durch eine ringförmige Öffnung 31 in den Räum der rofierenden Stromwendernabe bzw. bei Maschinen mit Schleifringen in den Raum unter den Schleifringen. Für die bessere Führung der Kühlluft sind hier zylindrische und kegelige Trennwände 32 und 33 vorgesehen. Die Kühlluft durchstreicht dann diesen Innenraum des Stromwenderkörpers und gelangt in den Raum zwischen Stromwender und Läufereisen. Hier findet eine Zweiteilung der Kühlluft statt. Zu diesem Zweck ist zwischen Stromwender und Läufereisen@ ein zweikammerlüfterähnlicher Fiihru.ngskörper34vorgesehen, der die ankommende Läuferluft in zwei Parallelzweige teilt und der gleichzeitig auch als Ventilator für die Läuferluft dient bzw. die Läuferluft den Kühlkanälen 35 im Läufereisen und dem abenraum 3 stoßfrei zuführt. Der Luftstrom II fließt durch die Kanäle 35 im Läufereisen und kühlt dieses und gelangt dann in die Rohrstutzen 36 unterhalb der Läuferwickelköpfe. Mit Hilfe der feststehenden Führungsbleche 37 wird dann: dieser Kühlluftstrom in radialer Richtung umgeleitet und' gelangt durch die Öffnungen 38 des Maschinengehäuses nach außen. Zur Beschleunigung dieses Kühlluftstromes können an den dem Stromwender abgekehrten Wickelköpfen noch Lüfterflügel 39 angeordnet sein. Man kann auch die Läuferwickelköpfe selbst als Lüfterflügel ausbilden.The cooling air flows II and I pass through the opening-a6 in the 'box-like attachment z3 and pass from there through an annular opening 31 into the space of the rofing commutator hub or, in the case of machines with slip rings, into the space under the slip rings. For better guidance of the cooling air, cylindrical and conical partitions 32 and 33 are provided here. The cooling air then passes through this interior space of the commutator body and reaches the space between the commutator and rotor bar. The cooling air is split into two here. For this purpose, a two-chamber fan-like guide body 34 is provided between the commutator and the rotor arm, which divides the incoming rotor air into two parallel branches and which at the same time also serves as a fan for the rotor air or feeds the rotor air to the cooling ducts 35 in the rotor rotor and to the chamber 3 without bumps. The air flow II flows through the channels 35 in the rotor iron and cools it and then reaches the pipe socket 36 below the rotor winding heads. With the help of the fixed guide plates 37: this cooling air flow is diverted in the radial direction and passes through the openings 38 of the machine housing to the outside. To accelerate this flow of cooling air, fan blades 39 can also be arranged on the winding heads facing away from the commutator. The rotor winding heads themselves can also be designed as fan blades.

Der für die Kühlung der linken. Seite der Maschine dienende Kühlluftstrom I gelangt ebenfalls durch die Öffnung 31 in den Raum der Stromwendernabe. Von dort wird er durch den. Lüfter 34 in den Nabenraum 3 des Maschinenläufers befördert, durchströmt diesen und gelangt bis zu der als Abschluß dienenden Stirnwand 4o in den Nabenraum. Hier wird er in radialer Richtung abgelenkt und strömt zwischen den Rohrstutzen 36, wie insbesondere aus Fig.5 zu ersehen ist, radial nach außen, wobei er durch die Läuferwickelköpfe und dann durch die Ständerwickelköpfe hindurchtritt und diese kühlt. Hierauf entweicht der Kühlluftstrom I durch die Öffnung 30 nach außen.The one for cooling the left. The cooling air flow I serving on the side of the machine also passes through the opening 31 into the space of the commutator hub. From there it is through the. Fan 34 is conveyed into the hub space 3 of the machine rotor, flows through it and reaches the hub space as far as the end wall 4o serving as a closure. Here it is deflected in the radial direction and flows radially outward between the pipe sockets 36, as can be seen in particular from FIG. The cooling air flow I then escapes through the opening 30 to the outside.

Es kann sich mitunter als zweckmäßig erweisen, die im radialen Luftstrom liegenden Teile der Läuferwickelkopfisolation durch Hülsen, beispielsweise aus dünnem Metallblech, gegen die Einwirkung von Feuchtigkeit und festen Schwebekörpern der Kühlluft zu schützen.It can sometimes prove useful to use the radial air flow lying parts of the rotor end winding insulation by sleeves, for example made of thin Sheet metal, against the effects of moisture and solid floating bodies of the Protect cooling air.

Durch diese Führung der Kühlluft in verschiedenen. Parallelzweigen wird erreicht, daß alle Teile der Maschine genügend mit Kühlluft versorgt werden, insbesondere aber, daß diejenigen Teile, in denen eine besonders hohe Wärmeentwicklung auftritt, auch besonders intensiv gekühlt werden. Zu diesem Zweck sind die Querschnitte der verschiedenen Kühlluftströme längs ihrer Strömungswege verschieden groß gehalten, und zwar derart, daß diese Querschnitte an den Teilen der Maschine, an denen eine besonders intensive Kühlwirkung stattfinden soll, kleiner gehalten sind, so, daß die Geschwindigkeit der Kühlluft an diesen Teilen größer ist als an anderen Teilen. Dementsprechend führt die Kühlluft dort auch intensiv Wärme ab-. Beispielsweise ist der gesamte Querschnitt der Kanäle 35 im Läuferblech entsprechend klein. gehalten, während andererseits die Strömungsquerschnitte im Raum der Stromwendernabe oder der Läufernabe größer sind. Ferner sind die gesamten Strömungswiderstände der- einzelnen parallel geschälteteri Kühlluftströme derart aufeinander abgestimmt, daß sich die Kühlluft in der gewünschten Weise auf die einzelnen Parallelzweige verteilt. Beispielsweise erfährt der im Raum der Läufernahe 3 fließende Kühdlufts.trom I bei seinem Durchströmen durch die Zwischenräume zwischen den Rohrstutzen 36 und durch die Läuferwickelköpfe eine erhebliche Drosselung, damit auch dem durch die Öffnunb n 35 im Läufereisen fließenden, parallel geschalteten Kühlluftstrom genügend. Luft zugeteilt wird, die in den Kanälen 35 größere Strömungswiderstände zu überwinden hat.By this guidance of the cooling air in different. Parallel branches it is achieved that all parts of the machine are adequately supplied with cooling air, but especially that those parts in which a particularly high heat generation occurs, must also be cooled particularly intensively. For this purpose the cross sections are the different cooling air flows are kept different sizes along their flow paths, in such a way that these cross-sections at the parts of the machine where a particularly intensive cooling effect should take place, are kept smaller so that the speed of the cooling air on these parts is greater than on other parts. Accordingly, the cooling air dissipates heat there intensively. For example the entire cross section of the channels 35 in the rotor plate is correspondingly small. held, while on the other hand the flow cross-sections in the space of the commutator hub or the rotor hub are larger. Furthermore, the total flow resistances are individual parallel schälteteri cooling air flows coordinated in such a way that the Cooling air distributed in the desired manner to the individual parallel branches. For example experiences the cooling air flow I flowing in the area near the runner 3 as it flows through through the spaces between the pipe sockets 36 and through the rotor winding heads a considerable throttling, thus also through the opening n 35 in the rotor iron flowing, parallel-connected cooling air flow is sufficient. Air is allocated to that has to overcome greater flow resistances in the channels 35.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Ventilation for electrical machines where the Cooling air enters on one side of the machine and the machine essentially flows through axially in parallel branches, characterized in that a cooling air flow. is guided through cavities in the rotor hub to the second side of the machine and there serves to cool the winding heads of the machine and that this cooling air flow when Flow through the rotor shielded against the supply of heat from the rotor iron is. z. Arrangement according to claim i, characterized in that for shielding the cooling air flowing through the rotor hub, a second cooling air flow through essentially axial channels in the yoke of the rotor flows. 3. Arrangement according to claim a, characterized characterized, da.ß the cooling air flowing through the channels of the laminated rotor body is diverted on the air outlet side into pipe sockets below the rotor heads, while the air flowing through the hub enters the. Gaps between the pipe sockets flows radially outwards. 4. Arrangement according to claim i, characterized in that that arranged on the rotor winding head caps of the air outlet side fan blades are. 5. Arrangement according to claim i, characterized in that the rotor winding heads are designed as fan blades. 6. Arrangement according to claim i, characterized in that that the parts of the rotor end winding insulation lying in the radial air flow through Sleeves, for example made of thin sheet metal, against the attack of moisture and -solid suspension elements of the cooling air are protected. 7. Arrangement according to claim i, characterized in that the flow cross-sections of the parallel: air flows are dimensioned in such a way that the cooling air in the course of its way to the parts the surfaces of which it should dissipate heat, d. H. on the effective iron and on the winding heads, due to the narrowing of the flow cross-section flows faster than in the rest Dividing the cooling air path. 8: Arrangement according to claims i to 7 for commutator machinery, characterized in that the commutator is on the air inlet side and; the runner fresh air is passed under the commutator. G. Arrangement according to Claims i to 7 for machines with slip rings, characterized in that the Slip rings are on the air inlet side and the runner fresh air under the Slip rings is passed through. io: arrangement according to claim 8, characterized in that - That under the winding heads on the current side, a two-chamber air-like guide body is arranged, which divides the rotor air into two parallel branches and the openings feeds smoothly in the rotor or the hub.